CN108028210B - 用于使用灵活取样的过程控制的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

产生灵活的稀疏度量取样图包含：从度量工具接收来自一或多个晶片的度量信号全集；基于所述度量信号全集来确定一组晶片性质，且计算与所述组晶片性质相关联的晶片性质度量；基于所述度量信号全集来计算一或多个独立特性度量；以及基于所述组晶片性质、所述晶片性质度量及所述一或多个独立特性度量来产生灵活的稀疏取样图。使用来自所述灵活的稀疏取样图的度量信号来计算的所述一或多个性质的所述一或多个独立特性度量是在选自使用所述度量信号全集来计算的所述一或多个性质的一或多个独立特性度量的阈值内。

Description

用于使用灵活取样的过程控制的方法及系统
相关申请案的交叉参考
本申请案与下列申请案(“相关申请案”)相关且要求所述申请案的最早可用有效申请日的权利(例如，对于相关申请案的任何及全部父母代申请案、祖父母代申请案、曾祖父母代申请案等等，要求除临时专利申请案以外的最早可用优先权日，或根据35 USC§119(e)要求临时专利申请案的权利)。
相关申请案：
为满足USPTO附加法定要求，本申请案构成名为奥努尔·德米雷尔(OnurDemirer)、威廉·皮尔逊(William Pierson)及拉尼·沃尔科维奇(Roie Volkovich)的发明者于2015年6月18申请的名称为使用灵活取样的复合晶片控制(COMPOSITE WAFERCONTROL USING FLEXIBLE SAMPLING)的申请序列号为62/181,200的美国临时专利申请案的非临时专利申请案，所述申请案的全文以引用的方式并入本文中。
为满足USPTO附加法定要求，本申请案构成名为马克·瓦格纳(Mark Wagner)、拉尼·沃尔科维奇、达娜·克莱因(Dana Klein)、比尔·皮尔森(Bill Pierson)及奥努尔·德米雷尔的发明者于2015年9月21申请的名称为优化基于取样的准确度(OPTIMIIZINGSAMPLING BASED ACCURACY)的申请序列号为62/221,588的美国临时专利申请案的非临时专利申请案，所述申请案的全文以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明大体上涉及用于光刻过程控制的晶片度量，且特定来说，本发明涉及用于减少噪声且改进反馈处理工具反馈校正的灵活取样图的产生。
背景技术
制造例如逻辑及存储器装置的半导体装置通常包含：使用大量制程来处理例如晶片的衬底以形成所述装置的各种特征及多个层级。举例来说，光刻术是涉及将图案从光罩/掩模转印到布置于晶片上的光致抗蚀剂的制程。制程的额外实例包含但不限于化学机械抛光(CMP)、蚀刻、沉积及离子植入。
如本发明中所使用，术语“晶片”一般是指由半导体或非半导体材料形成的衬底。举例来说，半导体或非半导体材料可包含但不限于单晶硅、砷化镓或磷化铟。晶片可包含一或多个层。举例来说，此类层可包含但不限于光致抗蚀剂、电介质材料、导电材料及半导电材料。许多不同类型的此类层在所属领域中是已知的，且如本文中所使用，术语“晶片”希望涵盖其上可形成所有类型的此类层的晶片。形成于晶片上的一或多个层可经图案化或未经图案化。举例来说，晶片可包含各自具有可重复图案化特征的多个裸片。此类材料层的形成及处理最终可导致完成装置。许多不同类型的装置可形成于晶片上，且如本文中所使用，术语“晶片”希望涵盖其上可制造所属领域中已知的任何类型的装置的晶片。
在半导体制程期间的各个步骤中使用度量过程来监测装置制造期间的过程控制。用于过程控制的度量过程的类型包含重叠度量、临界尺寸(CD)度量、晶片几何度量等等。举例来说，在例如光刻处理步骤的过程步骤期间，半导体装置的当前层与先前层之间可发生重叠误差。重叠经界定为半导体装置的当前层与所述半导体装置的一或多个先前层之间的未对齐。重叠误差可起因于包含光刻工具(扫描仪)误差、晶片几何诱发误差、蚀刻诱发误差等各种原因。应用反馈控制系统以在半导体装置的制造期间控制重叠且最小化重叠误差。反馈控制系统依靠：i)使用度量工具来测量重叠；ii)计算将最小化重叠的扫描仪可校正误差；及iii)通过先进过程控制(APC)算法而反馈这些校正。常规重叠控制方案依靠测量晶片上的重叠目标的固定子集(即，静态取样图)来模型化重叠误差且计算扫描仪可校正误差。
重叠度量的先前应用使用静态取样图，其中每批中所测量的每个晶片接收相同取样图。在此情况中，取样图表示晶片上的全部可用重叠目标的选定子集。因此，在通常情况下，执行周期性“密集图”测量，其中使用非常密集重叠取样图(例如数千个目标)来测量一些晶片，使得可产生逐域校正。这些周期性测量耗时费力。另外，必须重复此过程来校正显著不规则及高阶重叠标记。额外方法包含：依靠先进逐域外推模型化技术，其中使用来自静态取样图的信息来计算逐域校正而不依靠周期性密集图测量。此方法需要广泛优化及小心设置。另外，外推技术对于一些不规则重叠标记不太有用。
随着半导体装置的尺寸减小，度量过程对成功制造可接受半导体装置来说变得更加重要。因而，提供提供改进度量能力且消除如上文所识别的先前方法的缺点的系统及方法将是有利的。
发明内容
本发明公开一种用于使用多个灵活稀疏取样图来形成虚拟密集取样图的系统。在一个实施例中，所述系统包含经配置以对一批晶片中的一或多个晶片执行一或多个度量测量的度量子系统。在另一实施例中，所述系统包含通信地耦合到所述度量子系统的一或多个部分的控制器。在另一实施例中，所述控制器包含经配置以执行程序指令的一或多个处理器，所述程序指令经配置以引起所述一或多个处理器：基于从所述度量子系统接收到的所述一或多个晶片的所述一或多个度量测量值而产生多个灵活稀疏取样图；指导所述度量子系统在所述多个灵活稀疏取样图的位置处对两个或多于两个晶片执行度量测量，其中每一灵活稀疏取样图均与所述两个或多于两个晶片中的一个相关联；通过组合来自在所述多个灵活稀疏取样图的位置处执行的所述度量测量的结果而形成度量信号的虚拟密集图；以及基于度量信号的所述虚拟密集图而计算一组处理工具可校正误差。
本发明公开一种用于产生一或多个灵活稀疏取样图的系统。在一个实施例中，所述系统包含经配置以对一或多个晶片执行一或多个度量测量的度量子系统。在另一实施例中，所述系统包含通信地耦合到所述度量子系统的一或多个部分的控制器。所述控制器包含经配置以执行程序指令的一或多个处理器，所述程序指令经配置以引起所述一或多个处理器：从所述度量子系统接收来自所述一或多个晶片的度量信号全集；基于所述度量信号全集而确定一组晶片性质且计算与所述组晶片性质相关联的晶片性质度量；基于所述度量信号全集而计算一或多个独立特性度量；以及基于所述组晶片性质、所述晶片性质度量及所述一或多个独立特性度量而产生灵活稀疏取样图，其中使用来自所述灵活稀疏取样图的度量信号来计算的所述一或多个性质的所述一或多个独立特性度量是在选自使用所述度量信号全集来计算的所述一或多个性质的一或多个独立特性度量的阈值内。
本发明公开一种用于产生一或多个灵活稀疏取样图的系统。在一个实施例中，所述系统包含经配置以对一或多个晶片执行一或多个度量测量的度量子系统。在另一实施例中，所述系统包含通信地耦合到所述度量子系统的一或多个部分的控制器。所述控制器包含经配置以执行程序指令的一或多个处理器，所述程序指令经配置以引起所述一或多个处理器：从所述度量子系统接收来自所述一或多个晶片的度量信号全集；基于所述度量信号全集而确定一组晶片性质且计算所述组晶片性质的一组准确度指标；计算与所述组晶片性质的所述组准确度指标中的每一个相关联的统计度量；以及基于与所述组准确度指标中的每一个相关联的所述统计度量而产生灵活稀疏取样图。
本发明公开一种用于产生一或多个灵活稀疏取样图的系统。在一个实施例中，所述系统包含经配置以对一或多个晶片执行一或多个度量测量的度量子系统。在另一实施例中，所述系统包含通信地耦合到所述度量子系统的一或多个部分的控制器。所述控制器包含经配置以执行程序指令的一或多个处理器，所述程序指令经配置以引起所述一或多个处理器：从所述度量子系统接收来自所述一或多个晶片的度量信号全集；基于所述度量信号全集而确定一组晶片性质且计算所述组晶片性质的一组准确度指标；以及基于所述组准确度指标而产生灵活稀疏取样图，其中通过识别显示低于选定阈值的准确度指标值的全取样图内的目标位置而产生所述灵活稀疏取样图。
应理解，以上一般描述及以下详细描述两者仅供例示及说明且未必限制所主张的发明。并入本说明书中且构成本说明书的部分的附图说明本发明的实施例且与一般描述一起用以解释本发明的原理。
附图说明
所属领域的技术人员可通过参考附图而更好地理解本发明的众多优点，其中：
图1A是根据本公开的一个实施例的用于测量半导体晶片的度量目标的度量系统的概念框图。
图1B说明根据本公开的一个实施例的具有定界域的半导体晶片的俯视图。
图1C说明根据本公开的一个实施例的半导体晶片的个别域的俯视图，其展示所述域内的多个目标。
图1D是根据本公开的一个实施例的用于测量半导体晶片的度量目标的基于成像的度量系统的框图。
图1E是根据本公开的一个实施例的用于测量半导体晶片的度量目标的基于散射测量的度量系统的框图。
图2是说明根据本公开的一个实施例的在经由多个灵活稀疏取样图而提供处理工具可校正误差的方法中执行的步骤的流程图。
图3A是说明根据本公开的一个实施例的在产生一或多个灵活稀疏取样图的方法中执行的步骤的流程图。
图3B是根据本公开的一个实施例的全取样图及灵活稀疏取样图的俯视图。
图4是说明根据本公开的一个实施例的在产生一或多个灵活稀疏取样图的方法中执行的步骤的流程图。
具体实施方式
现将详细参考在附图中说明的所公开主题。
大体上参考图1A到4，描述根据本公开的用于产生用于处理工具校正中的灵活取样图的方法及系统。本公开的实施例是针对灵活稀疏取样图的产生，所述灵活稀疏取样图表示一批晶片中的一或多个晶片的可用度量目标位置的子集。本公开的额外实施例是针对使用度量数据(其是使用多个灵活稀疏图来获得)来产生复合晶片校正。可基于分析一或多个独立度量(例如准确度指标)来产生灵活稀疏取样图，所述独立度量例如但不限于过程标记度量(例如PSQ)、图案化晶片几何度量(例如PWG)、重叠目标非对称性度量(例如Qmerit)或重叠目标准确度度量(例如重叠目标准确度旗标)。
图1A说明根据本公开的一或多个实施例的用于执行一或多个度量测量的度量系统100的概念框图。在一个实施例中，系统100包含度量子系统102。度量子系统102经配置以测量晶片112的一或多个度量目标111的一或多个特性。举例来说，度量子系统102可经配置以用于测量/表征重叠度量目标、光学临界尺寸(CD)目标或聚焦/剂量目标中的一或多个。举例来说，度量子系统102可测量晶片的一或多个域113中的一或多个度量目标116，如图1B到1C中所描绘。
应注意，为简单起见，已经以简化框图描绘度量系统100。包含组件及几何配置的此绘图不具限制性，而是仅供说明。应认识到，在本文中，度量系统可包含任何数目个光学元件、照明源及检测器以实施本文中所描述的度量过程(例如重叠度量、CD度量、聚焦/剂量度量)，所述度量过程可基于例如基于对比度的成像、散射测量、椭偏测量、SEM及/或AFM技术的度量测量技术。
在一个实施例中，度量子系统102包含重叠度量子系统或工具。在一个实施例中，如图1D中所展示，度量子系统102是基于成像的度量子系统。举例来说，所述基于成像的度量子系统经配置以测量安置于置物台136上的晶片112的一或多个目标111的一或多个基于对比度的域图像。
在一个实施例中，就基于成像的度量来说，系统100可包含：照明源122，其经配置以产生照明134；检测器130，其经配置以收集从一或多个晶片112(例如一或多个晶片批次中的一或多个晶片)的一或多个度量目标111反射的光；及一或多个光学元件。在一个实施例中，所述一或多个光学元件(例如分束器126等)经配置以沿对象路径132将来自照明源122的照明的第一部分导引到经安置于晶片112(其安置于置物台136上)的一或多个处理层上的一或多个度量目标111。此外，沿参考路径138将来自照明源122的光的第二部分导引到一或多个参考光学件140。
系统100的照明源122可包含所属领域中已知的任何照明源。在一个实施例中，照明源122可包含宽带光源。举例来说，照明源122可包含但不限于卤素光源(HLS)、弧光灯或激光器维持等离子体光源。在另一实施例中，照明源122可包含窄带光源。举例来说，照明源122可包含但不限于一或多个激光器。
在一个实施例中，系统100的一或多个光学元件可包含但不限于一或多个分束器126。举例来说，分束器126可将照明源122发出的光束134分裂到两个路径中：对象路径132及参考路径138。在此意义上，对象路径132及参考路径138可形成双光束干涉光学系统的部分。举例来说，分束器126可沿对象路径132导引来自照明路径134的光束的第一部分，同时允许沿参考路径138传输来自照明路径134的光束的第二部分。分束器126可沿参考路径138将来自照明路径134的光的部分传输到例如但不限于参考镜的参考光学件140。
参考路径138及参考光学件140可包含基于成像的重叠度量的领域中已知的任何光学元件，其包含但不限于参考镜、参考物镜及经配置以选择性地阻断参考路径138的光闸。在一般意义上，双光束干涉光学系统可经配置为林尼克(Linnik)干涉仪。1989年4月4日发布的第4,818,110号美国专利及2001年1月9日发布的第6,172,349号美国专利中大体上描述林尼克干涉测量法，所述专利的全文以引用的方式并入本文中。
在另一实施例中，系统100可包含物镜128。物镜128可有助于沿对象路径132将光导引到安置于置物台136上的晶片112的表面。在通过分束器126的分束过程之后，物镜128可将来自对象路径132(其可与主光轴共线)的光聚焦到晶片112的度量目标111上。所属领域中已知的任何物镜可适合于在此实施例中实施。
此外，照射到晶片112的表面上的光的部分可由晶片112的度量目标111反射、散射或衍射且沿主光轴124经由物镜128及分束器126而朝向检测器130导引。应进一步认识到，例如中间透镜、反射镜、额外分束器、滤波器、偏光器、成像透镜等中间光学装置可放置于物镜128与检测器130之间。
在另一实施例中，检测器130可经布置以从晶片112的表面收集图像数据。举例来说，在从晶片112的表面反射或散射之后，光可沿主光轴124行进到检测器130。应认识到，所属领域中已知的任何检测器系统适合于在此实施例中实施。举例来说，检测器130可包含基于电荷耦合装置(CCD)的相机系统。通过另一实例的方式，检测器130可包含基于时间延迟积分(TDI)-CCD的相机系统。在另一方面中，检测器130可与控制器104通信地耦合。就此来说，数字化图像数据可经由信号(例如有线信号(例如铜线、光纤电缆等)或无线信号(例如无线RF信号))而从检测器130传输到控制器104。接着，如本文中将进一步更详细描述，控制器104可基于从检测器130接收到的度量测量值而计算一组处理工具可校正误差且将所述校正反馈到处理工具105(例如扫描仪)。
在2012年12月11日发布的第8,330,281号美国专利及2008年4月8日发布的第7,355,291号美国专利中描述可扩展到本文中所描述的基于成像的重叠度量的测量及计算技术，所述专利的全文各自以引用的方式并入本文中。
在一个实施例中，如图1E中所展示，度量子系统102是基于散射测量的度量子系统。举例来说，所述基于散射测量的度量子系统是基于散射测量的重叠度量工具且经配置以测量晶片112的一或多个目标111的光瞳图像。通过另一实例的方式，度量子系统102包含适合于测量来自安置于晶片112上的一或多个CD目标的一或多个CD参数的CD度量工具。所述CD度量工具可经配置以测量所属领域中已知的任何CD参数。举例来说，所述CD度量工具可测量来自一或多个CD目标的以下参数中的一或多个：高度、CD(例如底部CD、中间CD或顶部CD)及侧壁角度(SWA)(例如底部SWA、中间SWA或顶部SWA)。在此实施例中，可以用于实施散射测量或椭偏测量的任何方式配置度量子系统102。
在一个实施例中，如图1E中所展示，度量子系统102可包含照明源150、偏光元件152、分析器154及检测器160。在另一实施例中，度量子系统102可包含额外光学元件156及158。举例来说，光学元件156及158可包含但不限于一或多个透镜(例如聚焦透镜)、一或多个反射镜、一或多个滤波器及/或一或多个准直器。
在2016年5月24日发布的第9,347,879号美国专利中大体上描述用于检测重叠误差的散射测量的使用，所述专利的全文以引用的方式并入本文中。在2004年2月10日发布的第6,689,519号美国专利中大体上描述用于检测重叠误差的散射测量的使用，所述专利的全文以引用的方式并入本文中。在2005年威廉安德鲁公司(William Andrew,Inc.)的哈兰G.汤普金斯(Harland G.Tompkins)及尤金A.艾琳(Eugene A.Irene)的“椭偏测量法手册(Handbook of Ellipsometry)”第一版中大体上提供椭偏测量的原理，其全文以引用的方式并入本文中。
再次参考图1A，在一个实施例中，系统100包含控制器104。在一个实施例中，控制器104通信地耦合到度量子系统102。举例来说，如图1D到1E中所展示，控制器104可耦合到度量子系统102的检测器130、160的输出端。控制器104可以任何适合方式(例如，通过以虚线指示的一或多个传输介质)耦合到检测器，使得控制器104可接收由度量子系统102产生的输出。
在一个实施例中，控制器104包含一或多个处理器106。一或多个处理器106经配置以执行一组程序指令。所述程序指令可实施本公开中所描述的过程步骤中的任何步骤。
控制器104的一或多个处理器106可包含所属领域中已知的任何一或多个处理元件。在此意义上，一或多个处理器106可包含经配置以执行软件算法及/或指令的任何微处理器型装置。在一个实施例中，一或多个处理器106可由经配置以执行程序(其经配置以操作系统100)的台式计算机、大型计算机系统、工作站、图像计算机、并行处理器或其它计算机系统(例如网络计算机)组成，如本公开中所描述。应认识到，本公开中所描述的步骤可由单一计算机系统或替代地由多个计算机系统实施。一般来说，术语“处理器”可经广义定义以涵盖具有一或多个处理元件的任何装置，所述一或多个处理元件执行来自非暂时性存储器介质108的程序指令。此外，系统100的不同子系统(例如度量子系统、显示器或用户接口)可包含适合于实施本公开中所描述的步骤的至少一部分的处理器或逻辑元件。因此，以上描述不应被解释为对本发明的限制，而是仅为说明。
存储器介质108或存储器可包含适合于存储可由相关联的一或多个处理器106执行的程序指令的所属领域中已知的任何存储介质。举例来说，存储器介质108可包含非暂时性存储器介质。例如，存储器介质108可包含但不限于只读存储器、随机存取存储器、磁性或光学存储器装置(例如磁盘)、磁带、固态磁盘驱动器等。在另一实施例中，本文中应注意，存储器108经配置以存储来自度量子系统102的一或多个结果及/或本文中所描述的各个步骤的输出。应进一步注意，存储器108可与一或多个处理器106一起容置于共同控制器外壳中。在替代实施例中，存储器108可相对于处理器106的物理位置而定位远程处。例如，控制器104的一或多个处理器106可存取可通过网络(例如因特网、内部网络等)而存取的远程存储器(例如服务器)。在另一实施例中，存储器介质108包含用于引起一或多个处理器106实施本公开中所描述的各个步骤的程序指令。
在另一实施例中，系统100的控制器104可经配置以通过可包含有线及/或无线部分的传输介质而接收及/或获取来自其它系统的数据或信息(例如来自检验系统的检验结果或来自度量系统的度量结果)。以此方式，所述传输介质可用作系统100的控制器104与其它子系统之间的数据链路。此外，控制器104可经由传输介质(例如网络连接)而将数据发送到外部系统。
在另一实施例中，系统100包含用户接口(未展示)。在一个实施例中，所述用户接口通信地耦合到控制器104的一或多个处理器106。在另一实施例中，所述用户接口装置可由控制器104用于接受来自用户的选择及/或指令。在本文将进一步描述的一些实施例中，显示器可用于向用户(未展示)显示数据。接着，用户可响应于经由显示装置对所述用户显示的数据而输入选择及/或指令(例如测量域位点或用于回归过程的域位点的用户选择)。
用户接口装置可包含所属领域中已知的任何用户接口。举例来说，用户接口可包含但不限于键盘、小键盘、触摸屏、控制杆、旋钮、滚轮、轨迹球、开关、刻度盘、滑条、滚动条、滑件、手柄、触摸板、踏板、方向盘、操纵杆、框盖输入装置等。就触摸屏接口装置来说，所属领域的技术人员应认识到，大量触摸屏接口装置可适合于在本发明中实施。例如，显示装置可与触摸屏接口(例如但不限于电容性触摸屏、电阻性触摸屏、基于表面声波的触摸屏、基于红外线的触摸屏等)集成。在一般意义上，能够与显示装置的显示部分集成的任何触摸屏接口适合于在本发明中实施。在另一实施例中，用户接口可包含但不限于框盖安装接口。
显示装置(未展示)可包含所属领域中已知的任何显示装置。在一个实施例中，显示装置可包含但不限于液晶显示器(LCD)。在另一实施例中，显示装置可包含但不限于基于有机发光二极管(OLED)的显示器。在另一实施例中，显示装置可包含但不限于CRT显示器。所属领域的技术人员应认识到，各种显示装置可适合于在本发明中实施且显示装置的特定选择可取决于包含但不限于外型尺寸、成本等各种因素。在一般意义上，能够与用户接口装置(例如触摸屏、框盖安装接口、键盘、鼠标、轨迹板等)集成的任何显示装置适合于在本发明中实施。
可如本文中所描述那样进一步配置图1A到1E中所说明的系统100的实施例。另外，系统100可经配置以执行本文中所描述的方法实施例中的任何实施例的任何其它步骤。
图2是说明根据本公开的一或多个实施例的在使用多个灵活稀疏取样图的过程控制的方法200中执行的步骤的流程图。
在步骤202中，产生多个灵活稀疏取样图。利用灵活稀疏取样图实现基于从度量子系统102收集的准确度/独立指标信息而优化(或至少改进)取样。度量子系统102可为独立度量工具、集成度量工具(例如基于散射测量或成像的度量工具)或其组合。此方法的基于准确度/独立指标信息的优化用于通过选择表示目标全集或充足集合的测量目标的子集而减少样本数目及度量测量持续时间。本文中将进一步详细描述用于基于例如准确度指标值的独立指标信息而产生灵活稀疏取样图的方法。
在步骤204中，在一或多个晶片上的多个灵活取样图的位置处执行度量测量。在步骤206中，通过组合来自在多个灵活取样图的位置处执行的度量测量的结果而形成度量测量的虚拟密集图。应用本公开的灵活取样图实现由步骤206中所产生的虚拟密集图而产生逐域校正。此方法无需周期性密集图测量。
此外，形成步骤206的虚拟栅格图并非仅涉及多个灵活取样图的复合。确切来说，形成虚拟密集图首先包含：经由控制器104从每一灵活取样晶片移除栅格标记。接着，由控制器104执行的一或多个算法可对每一域施加相邻域信息的加权组合，借此滤除噪声。方法200的噪声过滤能力随着晶片间变化及批次间变化增大而变得尤其有用。通过使用此方法，可更准确捕获晶片112中的区带变化且可使用虚拟密集图来计算逐域校正。
在步骤208中，基于度量测量的虚拟密集图来计算处理工具可校正误差。举例来说，在形成包含与虚拟密集取样图的位置相关联的各种度量信号的虚拟密集取样图之后，控制器104可基于虚拟密集取样图来计算一或多个可校正误差。可利用处理工具校正的领域中已知的任何已知可校正计算过程来计算可校正误差。在额外步骤中，处理工具可校正误差用于调整一或多个处理工具105。举例来说，如图1A中所展示，一旦使用控制器104来计算处理工具可校正误差，那么控制器104可调整处理工具105(例如扫描仪)的一或多个操作参数。在2011年1月25日发布的第7,876,438号美国专利中描述处理工具可校正误差的计算及重叠功能在处理工具可校正误差的计算中的使用，所述专利的全文以引用的方式并入本文中。在第6,704,661号美国专利、第6,768,967号美国专利、第6,867,866号美国专利、第6,898,596号美国专利、第6,919,964号美国专利、第7,069,153号美国专利、第7,145,664号美国专利、第7,873,585号美国专利及第12/486,830号美国专利申请案中大体上描述在半导体度量系统的背景下使用的模型化的实例，所述全部专利的全文以引用的方式并入本文中。
图3A是说明根据本公开的一个实施例的在产生灵活稀疏度量取样图的方法300中执行的步骤的流程图。本文中应注意，方法300的步骤可由系统100完全或部分实施。然而，应进一步认识到，方法300不受限于系统100，这是因为额外或替代系统级实施例可实施方法300的步骤的全部或部分。此外，本文中应注意，与本文中先前所描述的方法200相关联的步骤及实施例应被解释成扩展到方法300。就此来说，可以任何适合方式来组合方法200及方法300的步骤。
在步骤302中，获取来自一或多个晶片112的度量信号全集。举例来说，如图1A中所展示，度量子系统102从一或多个晶片112获取一或多个度量测量值，且将所述测量值传输到控制器104。例如，度量子系统102可从一批晶片中的一组代表性晶片112收集度量信号全集或充足集合。应注意，步骤302的全取样不受限于测量单一晶片，而是可由来自不同晶片的子取样组成。
在一个实施例中，度量子系统102可包含经配置以收集一或多个目标111的一或多个图像的基于成像的度量工具(参阅图1D)。在另一实施例中，度量子系统102可包含经配置以收集从晶片112散射或反射(或以其它方式发出)的光的基于散射测量的度量工具(参阅图1E)。举例来说，由度量子系统102收集的度量信号可包含经由度量子系统102而从散射测量重叠(SCOL)目标及/或多层SCOL目标收集的一或多个基于散射测量的光瞳图像。通过另一实例的方式，由度量子系统102收集的度量信号可包含经由度量子系统102而从基于图像的重叠(IBO)目标及/或多层IBO目标收集的一或多个基于对比度的域图像。
可从晶片112上的任何数目个位置获取步骤302中所获取的度量信号。举例来说，可从晶片112的目标111中的任何目标收集度量信号。在一个实施例中，可从一组相似目标收集度量信号。在另一实施例中，可从不同类型的目标收集度量信号。举例来说，可从第一类型的重叠度量目标收集度量信号的部分，同时从第二类型的重叠度量目标收集度量信号的第二部分，以此类推。通过另一实例的方式，可从重叠度量目标收集度量信号的部分，同时从光学CD及/或聚焦/剂量目标收集度量信号的第二部分。
应注意，术语“度量信号全集”及“度量信号充足集合”可在本文中互换使用且经解释以描述其中添加一或多个度量信号不会改进过程控制或跟踪的信号获取水平。
在步骤304中，确定一组晶片性质且计算与所述组晶片性质相关联的晶片性质度量。举例来说，控制器104可在从度量子系统102接收到度量信号全集之后由度量信号全集而确定一组晶片性质。接着，控制器104可计算与所述组晶片性质相关联的一或多个晶片性质度量。举例来说，控制器104可确定与度量信号全集的每一位置对应的一组重叠值。接着，控制器104可计算与所述组重叠值相关联的一或多个度量。例如，控制器104可确定与使用全取样图来获取的重叠值的分布相关联的一或多个统计度量。所述一或多个统计度量可包含所属领域中已知的任何统计度量。举例来说，控制器104可计算与使用全取样图来获得的重叠值分布相关联的平均值、标准差(σ)或其倍数(例如3σ)等等。
通过另一实例的方式，控制器104可确定与来自先前层的度量信号全集的位置处的目标对应的一组SWA值。接着，控制器104可计算与所述组SWA值相关联的一或多个度量。例如，控制器104可确定与使用全取样图来获取的SWA值的分布相关联的一或多个统计度量。举例来说，控制器104可计算与使用全取样图来获得的SWA值分布相关联的平均值、标准差(σ)或其倍数(例如3σ)等等。应注意，本公开的范围不受限于上文所提供的实例。本文中应认识到，本公开可扩展到所属领域中已知的任何晶片性质(例如CD值)及所属领域中已知的任何晶片性质度量(例如统计度量)。
在步骤306中，计算一或多个独立特性度量。为了本公开，术语“独立特性度量”被解释成意指与步骤304中所计算的针对控制所选择的晶片性质(例如重叠、SWA、CD等等)无关，但提供关于给定晶片性质的额外信息的特性度量。举例来说，所述一或多个独立特性度量可包含一或多个准确度指标。例如，所述一或多个准确度指标可包含但不限于例如重叠目标准确度旗标的重叠目标准确度度量。例如，一个此类重叠目标准确度旗标是光瞳3σ准确度旗标。通过测量光瞳图像且计算光瞳中的全部像素的3σ而得到光瞳3σ旗标。光瞳3σ旗标表示目标质量及例如弧光的其它准确度相关问题。古特雅尔(Gutjahr)等人在用散射测量叠加技术(SCOL)对覆盖度量偏移进行根本原因分析(Root cause analysis of overlaymetrology excursions with scatterometry overlay technology)(Proc.SPIE 9778，微光刻的度量、检验及过程控制(Proc.SPIE 9778,Metrology,Inspection,and ProcessControl for Microlithography)(2016年3月24日))中描述重叠与光瞳3σ准确度旗标之间的关系。
应注意，本公开的范围不受限于如上文所论述的重叠目标准确度旗标。步骤306的一或多个独立特性度量可扩展到晶片度量的领域中已知的任何特性度量或准确度指标，例如但不限于过程标记度量(例如PSQ)、图案化晶片几何度量(例如PWG)、重叠目标非对称性度量(例如Qmerit)及重叠目标准确度度量(例如重叠目标准确度旗标)。这些度量可用于识别重叠标记的变化、晶片上的问题区域、出于诊断目的而更密集测量的位置及归因于测量不可靠性而避免的位置等等。在2012年5月7日申请的序列号为13/508,495的美国专利申请案中描述用于测量重叠目标非对称性的质量度量(即，Qmerit)，所述专利申请案的全文以引用的方式并入本文中。
在步骤308中，产生一或多个灵活稀疏取样图。图3B说明全取样图310及灵活稀疏取样图320的概念图。在一个实施例中，基于所述组晶片性质、晶片性质度量及/或一或多个独立特性度量而产生所述一或多个灵活稀疏取样图。
在一个实施例中，一或多个灵活稀疏取样图经产生使得使用灵活稀疏取样图来获取的一或多个晶片性质的一或多个独立特性度量等效于(在选定容限水平内)使用度量信号全集来获取的一或多个晶片性质的一或多个独立特性度量。
在一个实施例中，一或多个灵活稀疏取样图经产生使得如果使用灵活稀疏取样图来获取的一或多个晶片性质的一或多个独立特性度量及使用度量信号全集来获取的一或多个晶片性质的一或多个独立特性度量在彼此的选定阈值内，那么这两者被界定为等效的。在另一实施例中，一或多个灵活稀疏取样图经产生使得：如果使用灵活稀疏取样图来获取的一或多个晶片性质的一或多个独立特性度量及使用度量信号全集来获取的一或多个晶片性质的一或多个独立特性度量在彼此的统计参数(例如σ的倍数)内，那么这两者被界定为等效的。
在一个实施例中，通过同时将全部晶片性质共同优化而产生一或多个灵活稀疏取样图。举例来说，晶片性质、对应准确度度量、目标布局及信号参数(例如强度、敏感度等等)可经优化以找到一组最准确的结果。在另一实施例中，针对至少一个晶片性质，晶片性质的共同优化中涉及至少一个晶片性质度量。
在一个实施例中，多个灵活稀疏取样图经产生使得晶片批次内的晶片中的每一个或每一连续晶片批次使用不同于其它晶片的取样图。在一个实施例中，灵活稀疏图经产生使得其均匀分布于一或多个晶片112上且满足区域及全局测试平衡准则(即，平衡测试重复)。应注意，就重叠测量来说，这些性质将准确模型化栅格重叠的能力给予灵活稀疏取样图。在另一实施例中，步骤308中所产生的灵活稀疏取样图可用于将栅格噪声从从每一晶片测量的度量信号滤除。应注意，栅格重叠表示曝光域未对齐的程度。
另外，一或多个灵活稀疏取样图320在样本数目较小的情况下提供准确度及稳固性。因此，灵活稀疏取样图320可在样本数目极小(例如每晶片20个到50个目标)的情况下与集成度量工具一起使用以测量给定晶片批次内的每一晶片并在计算下一批的复合逐域校正之前滤除晶片间栅格变化。灵活稀疏取样图320可经产生使得每一灵活稀疏取样图与剩余取样图具有特定重叠量，同时满足相同于静态取样图的平衡准则。
举例来说，用户可最小化灵活稀疏取样图320之间的重叠以最大化(或至少增加)由不同取样图测量的总目标。通过另一实例的方式，用户可利用灵活稀疏取样图320之间的一定重叠来一致地比较彼此内的多个晶片。本公开的灵活取样方法还包含基于独立特性度量(例如但不限于过程标记度量(例如PSQ)、图案化晶片几何度量(例如PWG)、重叠目标非对称性度量(例如Qmerit)及重叠目标准确度度量(例如重叠目标准确度旗标))而对灵活稀疏取样图320的运行时间更新。
图4是说明根据本公开的一个实施例的在产生灵活稀疏度量取样图的方法400中执行的步骤的流程图。本文中应注意，方法400的步骤可由系统100完全或部分实施。然而，应进一步认识到，方法400不受限于系统100，这是因为额外或替代系统级实施例可实施方法400的步骤的全部或部分。此外，本文中应注意，与本文中先前所描述的方法200及300相关联的步骤及实施例应被解释成扩展到方法400。就此来说，可以任何适合方式组合方法200、300及400的步骤。
在步骤402中，获取来自一或多个晶片112的度量信号全集。在步骤404中，确定一组晶片性质且计算与所述组晶片性质相关联的一组准确度指标。在步骤406中，计算与所述组晶片性质的所述组准确度指标中的每一个相关联的统计度量。在步骤408中，产生基于与所述组准确度指标中的每一个相关联的所述统计度量的灵活稀疏取样图。
所计算的准确度指标可用符号表示如下：
<OVL_Am>i，j
其中OVL_A表示与重叠相关联的准确度指标，m表示准确度指标的类型，且i,j表示晶片上的目标位置。应注意，以上描述不受限于重叠，而是可扩展到任何类型的晶片性质，例如但不限于一或多个CD参数(例如SWA)。如本文中先前所论述，准确度指标的类型可包含但不限于过程标记度量(例如PSQ)、图案化晶片几何度量(例如PWG)、重叠目标非对称性度量(例如Qmerit)及重叠目标准确度度量(例如重叠目标准确度旗标)。
与晶片性质组的准确度指标组中的每一个相关联的统计度量可包含所属领域中已知的任何统计度量。举例来说，步骤406中所计算的统计度量可包含但不限于晶片性质分布(例如正态分布)的平均值、标准差等。
在一个实施例中，通过识别显示低于统计界定阈值的准确度指标值的全取样图内的目标位置而产生步骤408的灵活稀疏取样图。举例来说，针对每一准确度指标类型，所述统计界定阈值可包含高于准确度指标的平均值的σ的倍数。举例来说，所述统计界定阈值可包含如下：
Figure GDA0001592118920000141
在以上统计界定阈值中，灵活稀疏取样图将由具有低于上文所提供的总和的准确度指标的目标位置组成。
在另一实施例中，可选择性地以晶片的选定区域作为目标。在一个实施例中，计算步骤404的一或多个统计度量可包含：针对一或多个晶片的中心或一或多个晶片的边缘中的至少一个而计算与晶片性质组的准确度指标组中的每一个相关联的一或多个统计度量。接着，可使用与从一或多个晶片的中心及/或边缘获取的准确度指标相关联的一或多个统计度量来将统计界定阈值应用于准确度指标组。
在替代实施例中，可使用选定阈值水平来产生灵活稀疏取样图。就此来说，可执行方法400而无需执行步骤406。举例来说，可通过识别显示低于每一准确度类型的选定阈值的准确度指标值的全取样图内的目标位置而产生灵活稀疏取样图。
本文中所描述的全部方法可包含：将方法实施例的一或多个步骤的结果存储于存储介质中。所述结果可包含本文中所描述的结果中的任何结果且可以所属领域中已知的任何方式存储。所述存储介质可包含本文中所描述的任何存储介质或所属领域中已知的任何其它适合存储介质。在已存储所述结果之后，所述结果可存取于所述存储介质中且供本文中所描述的方法或系统实施例中的任何方法或系统实施例使用，经格式化以对用户显示，供另一软件模块、方法或系统使用，等等。此外，所述结果可被“永久地”存储、“半永久地”存储、暂时存储或存储一段时间。举例来说，所述存储介质可为随机存取存储器(RAM)，且所述结果未必无限期地保存于所述存储介质中。
虽然已展示且描述本文中所描述的本发明主题的特定方面，但所属领域的技术人员将明白，基于本文中的教示，可在不背离本文中所描述的主题及其更广方面的情况下作出改变及修改，且因此，所附权利要求书将使落于本文中所描述的主题的真实精神及范围内的全部此类改变及修改涵盖于其范围内。
此外，应理解，本发明是由所附权利要求书界定。所属领域的技术人员应理解，一般来说，本文中且尤其所附权利要求书(例如所附权利要求书的主体)中所使用的术语一般希望为“开放式”术语(例如，术语“包含”应被解释为“包含(including/includes)但不限于”，术语“具有”应被解释为“至少具有”，等等)。所属领域的技术人员应进一步理解，如果希望主张引入权利要求叙述的特定数目，那么将在所述权利要求中明确叙述此意图，且如果缺乏此叙述，那么不存在此意图。举例来说，为有助于理解，以下所附权利要求书可含有使用引入式短语“至少一个”及“一或多个”来引入权利要求叙述。然而，此类短语的使用不应被解释为隐含：以不定冠词“一”引入的权利要求叙述将含有此引入权利要求叙述的任何特定权利要求限制于仅含有一个此类叙述的发明，即使在相同权利要求包含引入式短语“一或多个”或“至少一个”及例如“一”的不定冠词(例如，“一”通常应被解释为意指“至少一个”或“一或多个”)时；上述内容同样适用于用于引入权利要求叙述的定冠词的使用。另外，即使明确叙述引入权利要求叙述的特定数目，但所属领域的技术人员应认识到，此叙述通常应被解释为意指至少叙述数目(例如，无其它修饰语的“两个叙述”的无修饰叙述通常意指至少两个叙述，或两个或多于两个叙述)。此外，在其中使用类似于“A、B及C中的至少一个等等”的习惯用语的例子中，此结构一般意指所属领域的技术人员习惯理解的意义(例如，“具有A、B及C中的至少一个的系统”将包含但不限于仅具有A、仅具有B、仅具有C、同时具有A及B、同时具有A及C、同时具有B及C及/或同时具有A、B及C等等的系统)。在其中使用类似于“A、B或C中的至少一个等等”的习惯用语的例子中，此结构一般意指所属领域的技术人员习惯理解的意义(例如，“具有A、B或C中的至少一个的系统”将包含但不限于仅具有A、仅具有B、仅具有C、同时具有A及B、同时具有A及C、同时具有B及C及/或同时具有A、B及C等等的系统)。所属领域的技术人员应进一步理解，无论是否在描述、权利要求书或图式中，呈现两个或多于两个替代项的几乎任何转折连词及/或短语应被理解为涵盖包含两项中的一个、两项中的任一者或这两项的可能性。举例来说，短语“A或B”将被理解为包含“A”或“B”或“A及B”的可能性。
据信，将通过以上描述而理解本公开及其许多伴随优点，且应明白，可在不背离所公开的主题的情况下或不牺牲其全部材料优点的情况下对组件的形式、构造及布置作出各种改变。所描述的形式仅供说明，且所附权利要求书希望涵盖且包含此类改变。

Claims (33)

1.一种度量系统，其包括：
度量子系统，其经配置以对一或多个晶片执行一或多个度量测量；和
控制器，其通信地耦合到所述度量子系统的一或多个部分，所述控制器包含经配置以执行程序指令的一或多个处理器，所述程序指令经配置以引起所述一或多个处理器：
从所述度量子系统接收来自所述一或多个晶片的度量信号全集；
基于所述度量信号全集来确定一组晶片性质且计算与所述组晶片性质相关联的晶片性质度量；
基于所述度量信号全集来计算一或多个独立特性度量；
基于所述组晶片性质、所述晶片性质度量及所述一或多个独立特性度量而产生灵活的稀疏取样图，其中使用来自所述灵活的稀疏取样图的度量信号来计算的所述一组晶片性质的一或多个独立特性度量是在选自使用所述度量信号全集来计算的所述一组晶片性质的所述一或多个独立特性度量的阈值内，
指导所述度量子系统在多个所述灵活的稀疏取样图的位置处对两个或多于两个晶片执行度量测量，其中多个所述灵活的稀疏取样图中的每一者与所述两个或多于两个晶片中的一者相关联；
通过组合来自在所述多个所述灵活的稀疏取样图的所述位置处执行的所述度量测量的结果来形成度量信号的虚拟密集图；以及
基于所述虚拟密集图来计算处理工具可校正误差。
2.根据权利要求1所述的度量系统，其中所述控制器进一步经配置以：
产生至少一个额外的灵活稀疏取样图。
3.根据权利要求2所述的度量系统，其中所述控制器经配置以指导所述度量子系统在所述灵活的稀疏取样图及至少所述额外的灵活稀疏取样图的位置处执行一或多个度量测量。
4.根据权利要求3所述的度量系统，其中所述控制器进一步经配置以：
组合来自在所述灵活稀疏取样图及至少所述额外的灵活稀疏取样图的位置处执行的所述一或多个度量测量的结果，以形成虚拟密集取样图。
5.根据权利要求4所述的度量系统，其中所述控制器进一步经配置以：
基于所述虚拟密集取样图来计算一或多个可校正误差。
6.根据权利要求5所述的度量系统，其中所述控制器进一步经配置以：
基于所述可校正误差来调整一或多个处理工具。
7.根据权利要求1所述的度量系统，其中所述度量子系统包括：
基于成像的度量工具。
8.根据权利要求1所述的度量系统，其中所述度量子系统包括：
基于散射测量的度量工具。
9.根据权利要求1所述的度量系统，其中所述度量子系统包括：
集成度量工具。
10.根据权利要求1所述的度量系统，其中由所述控制器确定的所述组晶片性质包括：
一组重叠值。
11.根据权利要求1所述的度量系统，其中由所述控制器确定的所述组晶片性质包括：
一组侧壁角度值。
12.根据权利要求1所述的度量系统，其中由所述控制器确定的所述组晶片性质包括：
一组临界尺寸值。
13.根据权利要求1所述的度量系统，其中由所述控制器计算的所述晶片性质度量包括：
统计度量。
14.根据权利要求13所述的度量系统，其中所述统计度量包括：
平均值或标准偏差中的至少一个。
15.根据权利要求1所述的度量系统，其中所述一或多个独立特性度量与所述组晶片性质无关。
16.根据权利要求1所述的度量系统，其中所述一或多个独立特性度量包括：
一或多个准确度指标。
17.根据权利要求16所述的度量系统，其中所述一或多个准确度指标包括：
过程标记度量、图案晶片几何度量、重叠目标非对称性度量或重叠目标准确度度量中的至少一个。
18.一种度量系统，其包括：
度量子系统，其经配置以对一或多个晶片执行一或多个度量测量；和
控制器，其通信地耦合到所述度量子系统的一或多个部分，所述控制器包含经配置以执行程序指令的一或多个处理器，所述程序指令经配置以引起所述一或多个处理器：
从所述度量子系统接收来自所述一或多个晶片的度量信号全集；
基于所述度量信号全集来确定一组晶片性质且计算所述组晶片性质的一组准确度指标；
计算与所述组晶片性质的所述组准确度指标中的每一个相关联的统计度量；
基于与所述组准确度指标中的每一个相关联的所述统计度量而产生灵活稀疏取样图，
指导所述度量子系统在多个所述灵活稀疏取样图的位置处对两个或多于两个晶片执行度量测量，其中多个所述灵活稀疏取样图中的每一者与所述两个或多于两个晶片中的一者相关联；
通过组合来自在所述多个所述灵活稀疏取样图的所述位置处执行的所述度量测量的结果来形成度量信号的虚拟密集图；以及
基于所述虚拟密集图来计算处理工具可校正误差。
19.根据权利要求18所述的度量系统，其中通过识别显示低于统计界定阈值的准确度指标值的全取样图内的目标位置来产生所述灵活稀疏取样图。
20.根据权利要求18所述的度量系统，其中所述计算与所述组晶片性质的所述组准确度指标中的每一个相关联的统计度量包括：
针对所述一或多个晶片的中心或所述一或多个晶片的边缘中的至少一个，计算与所述组晶片性质的所述组准确度指标中的每一个相关联的统计度量。
21.根据权利要求18所述的度量系统，其中所述控制器进一步经配置以：
产生至少一个额外的灵活取样图。
22.根据权利要求21所述的度量系统，其中所述控制器经配置以指导所述度量子系统在所述灵活稀疏取样图及至少所述额外的灵活稀疏取样图的位置处执行一或多个度量测量。
23.根据权利要求22所述的度量系统，其中所述控制器进一步经配置以：
组合来自在所述灵活稀疏取样图及至少所述额外的灵活稀疏取样图的位置处执行的所述一或多个度量测量的结果，以形成虚拟密集取样图。
24.根据权利要求23所述的度量系统，其中所述控制器进一步经配置以：
基于所述虚拟密集取样图来计算一或多个可校正误差。
25.根据权利要求24所述的度量系统，其中所述控制器进一步经配置以：
基于所述可校正误差来调整一或多个处理工具。
26.根据权利要求18所述的度量系统，其中所述度量子系统包括：
基于成像的度量工具。
27.根据权利要求18所述的度量系统，其中所述度量子系统包括：
基于散射测量的度量工具。
28.根据权利要求18所述的度量系统，其中所述度量子系统包括：
集成度量工具。
29.根据权利要求18所述的度量系统，其中由所述控制器确定的所述组晶片性质包括：
一组重叠值。
30.根据权利要求18所述的度量系统，其中由所述控制器确定的所述组晶片性质包括：
一组临界尺寸值。
31.根据权利要求18所述的度量系统，其中所述组准确度指标包括：
过程标记度量、图案晶片几何度量、重叠目标非对称性度量或重叠目标准确度度量中的至少一个。
32.一种度量系统，其包括：
度量子系统，其经配置以对一或多个晶片执行一或多个度量测量；和
控制器，其通信地耦合到所述度量子系统的一或多个部分，所述控制器包含经配置以执行程序指令的一或多个处理器，所述程序指令经配置以引起所述一或多个处理器：
从所述度量子系统接收来自所述一或多个晶片的度量信号全集；
基于所述度量信号全集来确定一组晶片性质且计算所述组晶片性质的一组准确度指标；
基于所述组准确度指标来产生灵活稀疏取样图，其中通过识别显示低于选定阈值的准确度指标值的全取样图内的目标位置来产生所述灵活稀疏取样图，
指导所述度量子系统在多个所述灵活稀疏取样图的位置处对两个或多于两个晶片执行度量测量，其中多个所述灵活稀疏取样图中的每一者与所述两个或多于两个晶片中的一者相关联；
通过组合来自在所述多个所述灵活稀疏取样图的所述位置处执行的所述度量测量的结果来形成度量信号的虚拟密集图；以及
基于所述虚拟密集图来计算处理工具可校正误差。
33.一种度量系统，其包括：
度量子系统，其经配置以对一批晶片中的一或多个晶片执行一或多个度量测量；和
控制器，其通信地耦合到所述度量子系统的一或多个部分，所述控制器包含经配置以执行程序指令的一或多个处理器，所述程序指令经配置以引起所述一或多个处理器：
基于从所述度量子系统接收到的所述一或多个晶片的所述一或多个度量测量值来产生多个灵活稀疏取样图；
指导所述度量子系统在所述多个灵活稀疏取样图的位置处对两个或多于两个晶片执行度量测量，其中每一灵活稀疏取样图均与所述两个或多于两个晶片中的一个相关联；
通过组合来自在所述多个灵活取样图的位置处执行的所述度量测量的结果来形成度量信号的虚拟密集图；以及
基于度量信号的所述虚拟密集图来计算一组处理工具可校正误差。
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